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Dokumentenidentifikation DE102005019651B4 28.04.2011
Titel Scheinwerfer mit Trocknungsmittel
Anmelder odelo GmbH, 71409 Schwaikheim, DE
Erfinder Stefanov, Emil, Dr., 73730 Esslingen, DE;
Luce, Thomas, Dr., 73730 Esslingen, DE
Vertreter Kaufmann & Stumpf Patentanwalts-Partnerschaft, 70597 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 26.04.2005
DE-Aktenzeichen 102005019651
Offenlegungstag 09.11.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.04.2011
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.04.2011
IPC-Hauptklasse B60Q 1/04  (2006.01)  A,  F,  I,  20051017,  B,  H,  DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer mit mindestens einem Scheinwerfergehäuse, mit mindestens einer im Scheinwerfer angeordneten Lichtquelle, mit mindestens einer im Scheinwerfer angeordneten Wärmequelle und mit mindestens einem in der Lichtabstrahlrichtung angeordnetem, den Scheinwerfer begrenzenden Scheinwerferglas, wobei im Scheinwerfer ein Trocknungsmittel mit lockerer oder dichter Porenstruktur und mit hohem Adsorptionsvermögen für Gase und Flüssigkeiten angeordnet ist sowie ein Verfahren zur Verhinderung der Kondensation in einem derartigen Scheinwerfer.

Bei Scheinwerfern besteht vor allem im Herbst und im Winter das Problem, dass z. B. nach dem Abstellen des Fahrzeuges das Scheinwerferglas beschlägt. Nach erneutem Anfahren des Fahrzeuges verhindert das Kondensat die richtige Ausleuchtung der Fahrbahn. Der Fahrer und andere Verkehrsteilnehmer werden gefährdet.

Aus der DE 2004 015 615 U1 ist ein Scheinwerfer mit einem Trocknungsmittel bekannt. Der Scheinwerfer ist mit vorgetrockneter Luft mit Unterdruck befüllt. Das Trocknungsmittel nimmt in dem abgedichteten Scheinwerfer Feuchtigkeit bis zur Sättigung auf und muss dann ausgetauscht werden.

Aus der US 6,422,729 B1 ist ein Scheinwerfer mit einem, den Scheinwerferinnenraum mit der Umgebung verbindenden Trocknungsmittel bekannt. Die Luft im Scheinwerfer wird beim Betrieb der Lampe erwärmt und steigt durch natürliche Konvektion auf. Die sich einstellende Luftbewegung innerhalb des Scheinwerfers ist in Bezug auf ihre Richtung und ihre Stärke allein abhängig vom Temperaturprofil innerhalb des Scheinwerfers. Je gleichmäßiger dieses Temperaturprofil ist, desto geringer ist die sich einstellende, auf einen Temperaturausgleich gerichtete Luftbewegung. Nach dem Abschalten des Scheinwerfers – bei längerer Betriebsdauer hat sich ein weitgehend konstantes Temperaturprofil mit einer geringen Ausgleichsluftbewegung eingestellt – kühlen sich die Glühbirne und der Innenraum des Scheinwerfers weitgehend gleichmäßig ab. Es entstehen nur geringe Ausgleichsluftbewegungen innerhalb des Scheinwerfergehäuses, die eine Kondensation des Scheinwerferglases nach dem Ausschalten des Scheinwerfers nicht verhindern können.

Aus der DE 102 13 680 A1 ist eine Scheinwerfer-Kühleinrichtung mit einem Kondensatabscheider bekannt, die mit der Klimaanlage des Fahrzeuges gekoppelt ist. Ein außerhalb des Scheinwerfers angeordnetes Gebläse eines Wärmeabfuhrkreislaufes wälzt die Luft in diesem Kreislauf um. Hierzu wird warme Luft aus dem Bereich der Lichtquelle abgesaugt und kalte Luft auf die Lichtquelle gerichtet in das Scheinwerfergehäuse eingeblasen. Die Bewegung der Luft im restlichen Scheinwerfergehäuse ist eher zufällig.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Problemstellung zugrunde, einen Scheinwerfer zu entwickeln, mit dem auf Dauer die Kondensation vermieden werden kann sowie ein Verfahren zur Verhinderung der Kondensation.

Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Dazu ist im Scheinwerfer eine Fördervorrichtung angeordnet. Die Fördervorrichtung fördert Luft von der Wärmequelle am Scheinwerferglas entlang zum Trocknungsmittel. Außerdem umfasst die Fördervorrichtung einen Ventilator.

Das Fördern der Luft erfolgt zumindest nach dem Abschalten des Scheinwerfers. Hierbei adsorbiert das Trocknungsmittel Feuchtigkeit aus der geförderten Luft. Beim Betrieb des Scheinwerfers entzieht die Wärmequelle dem Trocknungsmittel Feuchtigkeit.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform.

1: Schnitt durch einen Scheinwerfer.

Die 1 zeigt einen Schnitt durch einen Scheinwerfer (10), z. B. einen Kraftfahrzeugscheinwerfer. Der Scheinwerfer (10) hat ein Scheinwerfergehäuse (20), in dem z. B. zwei übereinanderliegende Lichtquellen (40) angeordnet sind. In Lichtabstrahlrichtung (5) ist das Scheinwerfergehäuse (20) mittels eines Scheinwerferglases (30) verschlossen. Gleichzeitig begrenzt im Ausführungsbeispiel dieses Scheinwerferglas (30) die Fahrzeugkontur.

Das Scheinwerfergehäuse (20) ist beispielsweise aus Kunststoff, aus Metall oder aus einem Verbundwerkstoff hergestellt. Es ist z. B. topfartig ausgebildet. An seiner offenen Vorderseite hat das Scheinwerfergehäuse (20) beispielsweise einen Befestigungsflansch (21), an dem das Scheinwerferglas (30), dieses besteht z. B. aus Glas, Kunststoff, etc., befestigt ist.

Der einzelne Scheinwerfer (10) kann mehrere Scheinwerfergehäuse (20) umfassen. Auch kann das Scheinwerfergehäuse (20) in mehrere Abschnitte unterteilt sein. Das Scheinwerfergehäuse (20) kann auch Kühlelemente zur Abgabe der im Scheinwerfer (10) erzeugten Wärme in die Umgebung (1) aufweisen.

Der Scheinwerfer (10) kann so ausgebildet sein, dass ein Luftaustausch zwischen dem Innenraum (2) und der Umgebung (1) möglich ist. Die Summe der Austauschquerschnitte kann beispielsweise 100 Quadratmillimeter betragen. Der Scheinwerfer (10) ist somit zumindest weitgehend geschlossen.

Im Scheinwerfergehäuse (20) sind beispielsweise die einzelnen Lichtquellen (40) in Modulen (70) angeordnet. Die Module (70) dienen der gegenseitigen Positionierung der Lichtquelle (40) und von z. B. einer der jeweiligen Lichtquelle (40) nachgeschalteten Linse (47). Statt einer einzelnen Linse (47) kann hier auch ein Linsensystem angeordnet sein. Die Module (70) können steg- oder rahmenförmig aufgebaut sein, wobei bei einem rahmenförmigen Aufbau der Rahmen auf einer oder auf mehreren Seiten Öffnungen aufweist oder offene Seitenflächen aufweist. Die Module (70) können z. B. einzeln oder gruppenweise verstell- und einstellbar sein.

Die Lichtquelle (40) ist beispielsweise eine Lumineszenzdiode (40), z. B. eine Leuchtdiode. Diese besteht unabhängig von ihren elektrischen Bestandteilen bezüglich ihrer Gehäuseform aus einem Lichtaustrittskörper (42) und einem Sockel (43). Der Lichtaustrittskörper (42) hat in erster Nährung eine halbkugelförmige Gestalt. Die Höhe des darunter angeordneten Sockels (43) ist hier niedriger ist als die Höhe des Lichtaustrittskörpers (42). Der Licht emittierende Chip (41) sitzt bezüglich seiner geometrischen Position z. B. im unteren Bereich des Lichtaustrittskörpers (42) in der Nähe des Sockels (43).

Die beim Betrieb der Leuchtdiode (40) erwärmte lichtemittierende Chip (41) ist zumindest thermisch leitend mit der Platine (45) verbunden. Hierfür ist z. B. um den Sockel (43) der LED (40) herum ein Wärmeleitkörper auf der Platine (45) angeordnet. Bei einer Leuchtdiode (40), deren lichtemittierender Chip (41) direkt auf der Platine (45) angeordnet ist, ist der lichtemittierende Chip (41) elektrisch und thermisch leitend mit der Platine (45) verbunden.

An den den Leuchtdioden (40) abgewandten Seiten der Platinen (45) sind beispielsweise Kühlkörper (50) angeordnet. Diese sind hier als Kühlrippen (50) dargestellt, die aus den Platinen (45) hervorstehen. Selbstverständlich können die Kühlkörper (50) auch eine andere Gestalt haben oder eine andere Anordnung aufweisen. Auch bei einem Aufbau der Module (70) ohne Platine (45) sind die beim Betrieb der Leuchtdiode (40) erwärmten Teile der Leuchtdiode (40) thermisch leitend mit den Kühlkörpern (50) verbunden, z. B. mittels einer Wärmeleitpaste.

Auf dem Boden (11) des Scheinwerfers (10) ist z. B. in einer hier nicht dargestellten Halterung ein Trocknungsmittel (60) angeordnet. Dieses – hier stark vereinfacht dargestellte – Trocknungsmittel (60) kann auch am unteren Rand des Scheinwerferglases (30), am Dach (12), an der Rückwand (13) des Scheinwerfers oder an den Kühlrippen (50) angebracht sein. Auch andere Orte zur Anordnung des Trocknungsmittels (60) sind denkbar.

Das Trocknungsmittel (60) ist ein Stoff mit lockerer oder dichter Porenstruktur und mit hohem Adsorptionsvermögen für Gase und Flüssigkeiten. Es ist beispielsweise ein fester oder gallertartiger Stoff, z. B. ein Kieselgel.

Engporige Kieselgels haben beispielsweise eine Schüttdichte von 0,7 bis 0,8 Gramm/Milliliter und einen Sättigungsgrad von 35–50%. Weitporige Kieselgels, die eine Schüttdichte von 0,4–0,5 Gramm/Milliliter haben, können 90–100% ihres Gewichts an Wasser aufnehmen.

In einem Scheinwerfer (10) mit einem Innenvolumen von drei Kubikdezimeter ist z. B. ein Gramm engporigen Kieselgels (60) mit einer Schüttdichte von 0,7 Gramm pro Milliliter angeordnet.

Beispielsweise im rückwärtigen Bereich des Scheinwerfers (10) ist ein Ventilator (80), z. B. ein Radialventilator (80), angeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist dieser Ventilator (80) am Boden (11) befestigt. Die Breite des Ventilators (80) – quer zur Lichtabstrahlrichtung (5) – entspricht z. B. 75% der Breite des Scheinwerfers (10). Der hier dargestellte Ventilator (80) saugt entgegen der Lichtabstrahlrichtung (5) durch seine Ansaugöffnung (81) an. Der Luftaustritt (82) ist nach oben gerichtet.

Beim Betrieb des Scheinwerfers (10) wird die von den Leuchtdioden (40) erzeugte Wärme an die Kühlkörper (50) geleitet. Die Wärme wird von den Kühlkörpern (50) an die Luft im Innenraum (2) des Scheinwerfers (10) abgegeben. Die Kühlkörper (50) wirken hierbei als Wärmequellen (50). Die Lufttemperatur im Innenraum (2) nimmt bis zu einer Betriebstemperatur zu. Mit zunehmender Temperatur und beispielsweise konstantem Luftdruck steigt die Fähigkeit der Luft, Feuchtigkeit aufzunehmen. Während des Betriebs des Scheinwerfers (10) besteht somit im Innenraum (2) eine geringe relative Luftfeuchtigkeit. Der Ventilator (80) ist beispielsweise abgeschaltet.

Wird der Scheinwerfer (10) abgeschaltet, herrscht im Innenraum (2) z. B. weiterhin die Betriebstemperatur. Der Ventilator (80) wird eingeschaltet. Die Luft im Innenraum (2) wird in der Darstellung der 1 in der Luftförderrichtung (85) im Uhrzeigersinn umgewälzt. Hierbei wird die Luft vom Luftaustritt (82) zur Wärmequelle (50) gefördert. An der Wärmequelle (50) wird die Luft erhitzt und oberhalb der Module (70) zum Scheinwerferglas (30) geleitet. Gegebenenfalls können im Scheinwerfer (10) Leiteinrichtungen zur Lenkung des Luftstromes vorhanden sein.

Der Luftstrom trifft zumindest annähernd in der gesamten Breite des Scheinwerfers (10) auf das Scheinwerferglas (30) im oberen Bereich auf. Am Scheinwerferglas (30) entlang wird der Luftstrom nach unten in Richtung des Bodens (11) geführt.

Ist die Temperatur in der Umgebung (1), also außerhalb des Scheinwerfers (10) niedriger als die Temperatur des Luftstroms im Innenraum (2), wird der Luftstrom abgekühlt. Hierbei nimmt die relative Feuchtigkeit der im Innenraum (2) geförderten Luft zu.

Der Luftstrom wird nun über die Oberfläche Trocknungsmittels (60) oder durch das Trocknungsmittel (60) hindurch geführt. Hierbei wird Feuchtigkeit aus der Luft am Trocknungsmittel (60) zumindest adsorbiert. Gegebenenfalls wird hierbei vom Trocknungsmittel (60) auch Feuchtigkeit absorbiert. Der absolute und der relative Feuchtigkeitsgehalt der Luft wird dabei verringert.

Die nun weiter umgewälzte Luft wird an den Kühlkörpern (50) wieder erwärmt und am Scheinwerferglas (30) abgekühlt, wobei die relative Luftfeuchtigkeit zunimmt. Ein Teil dieser Feuchtigkeit wird dann wieder am Trocknungsmittel (60) abgegeben.

Die Luft wird beispielsweise so lange umgewälzt, bis die Temperatur der Wärmequelle (50) annähernd die Außentemperatur erreicht hat. So kann die Temperatur der Wärmequelle (50) beispielsweise in einem Toleranzbereich von z. B. 2 Grad oberhalb der Außentemperatur liegen. Da bei diesem Verfahren die relative Luftfeuchtigkeit der umgewälzten Luft aufgrund der Feuchtigkeitsabgabe immer geringer ist als die relative Sättigungs-Luftfeuchtigkeit, erfolgt keine Kondensation am Scheinwerferglas (30). Somit ist auch sichergestellt, dass beim Abschalten des Ventilators (80) die absolute Luftfeuchtigkeit im Innenraum (2) kleiner oder gleich der relativen Sättigungs-Luftfeuchtigkeit in der Umgebung (1) ist. Letztere ist abhängig vom Druck und der Temperatur in der Umgebung (1). Selbst wenn der Scheinwerfer (10) während einer langen Zeitdauer ausgeschaltet bleibt, wird somit eine Kondensation verhindert.

Gegebenenfalls kann im Scheinwerfer (10) eine separate Wärmequelle angeordnet sein. Beispielsweise kann auch der Ventilator (80) die umgewälzte Luft aufheizen.

Beim Betrieb des Scheinwerfers (10) wird die Luft im Innenraum (2) mittels der Kühlkörper (50) aufgeheizt. Der Ventilator (80) ist beispielsweise abgeschaltet. Hierbei wird das Trocknungsmittel (60) getrocknet. Gegebenenfalls kann hierfür im Trocknungsmittel (60) eine Zusatzheizung angeordnet sein.

Die Luft im Innenraum (2) nimmt bei der Erwärmung zusätzliche Feuchtigkeit auf. Somit wird eine Kondensation während des Betriebs des Scheinwerfers (10) verhindert. Während der Fahrt kann diese Luft beispielsweise mit der Umgebung (1) ausgetauscht werden.

Das Trocknungsmittel (60), das nun einen geringen Feuchtigkeitsgehalt hat, kann nach dem Abschalten des Scheinwerfers (10) wieder Feuchtigkeit aufnehmen. Dieser Vorgang ist annähernd beliebig oft wiederholbar, ohne dass eine Sättigung des Trocknungsmittels (60) auftritt.

Bezugszeichenliste

1
Umgebung, Luft
2
Innenraum
5
Lichtabstrahlrichtung
10
Scheinwerfer
11
Boden
12
Dach
13
Rückwand
20
Scheinwerfergehäuse
21
Befestigungsflansch
30
Scheinwerferglas
40
Lichtquelle, Lumineszenzdiode, Leuchtdiode
41
Lichtemittierender Chip
42
Lichtaustrittskörper
43
Sockel
45
Platine
47
Linse
50
Wärmequelle, Kühlkörper, Kühlrippen
60
Trocknungsmittel, Kieselgel
70
Module
80
Fördervorrichtung, Ventilator, Radialventilator
81
Ansaugöffnung
82
Luftaustritt
85
Luftförderrichtung


Anspruch[de]
Scheinwerfer mit mindestens einem Scheinwerfergehäuse, mit mindestens einer im Scheinwerfer angeordneten Lichtquelle, mit mindestens einer im Scheinwerfer angeordneten Wärmequelle und mit mindestens einem in der Lichtabstrahlrichtung angeordnetem, den Scheinwerfer begrenzenden Scheinwerferglas, wobei im Scheinwerfer ein Trocknungsmittel mit lockerer oder dichter Porenstruktur und mit hohem Adsorptionsvermögen für Gase und Flüssigkeiten angeordnet ist,

– wobei im Scheinwerfer (10) eine Fördervorrichtung (80) angeordnet ist, die einen im rückwärtigen Teil des Scheinwerfergehäuses (20) angeordneten Ventilator (80) umfasst, der entgegen einer Lichtabstrahlrichtung (5) unterhalb der Lichtquelle (40) Luft ansaugt und dessen Luftaustrittsrichtung (82) nach oben gerichtet ist und die Luft vom Luftaustritt (82) zu der Wärmequelle (50) fördert, und

– wobei die Fördervorrichtung (80) Luft von der Wärmequelle (50) am Scheinwerferglas (30) entlang zum Trocknungsmittel (60) fördert.
Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest weitgehend geschlossen ist. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lichtquelle (40) eine Lumineszenzdiode (40) ist. Scheinwerfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lumineszenzdiode (40) einen lichtemittierenden Chip (41) umfasst, der thermisch leitend mit einem Kühlkörper (50) verbunden ist. Scheinwerfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (50) eine Wärmequelle (50) ist. Scheinwerfer nach Anspruch 1 oder 5, dass die Wärmequelle (50) in dem dem Scheinwerferglas (30) abgewandten Bereich des Scheinwerfers (10) angeordnet ist. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Trocknungsmittel (60) eine Heizung angeordnet ist. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknungsmittel (60) auf dem Boden (11) des Scheinwerfers (10) angeordnet ist. Scheinwerfer nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknungsmittel (60) ein fester oder gallertartiger Stoff ist. Scheinwerfer nach Anspruch 1, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknungsmittel ein Kieselgel ist. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom entlang des Scheinwerferglases (30) von oben nach unten strömt. Verfahren zur Verhinderung der Kondensation in einem Scheinwerfer, wobei der Scheinwerfer ein Scheinwerfergehäuse, mindestens eine im Scheinwerfer angeordnete Lichtquelle, mindestens eine im Scheinwerfer angeordnete Wärmequelle und mindestens ein in der Lichtabstrahlrichtung angeordnetes, den Scheinwerfer begrenzendes Scheinwerferglas sowie ein im Scheinwerfer angeordnetes Trocknungsmittel umfasst,

– wobei zumindest nach dem Abschalten des Scheinwerfers (10) eine Fördervorrichtung (80) eingeschaltet wird und Luft von der Wärmequelle (50) am Scheinwerferglas (30) entlang zum Trocknungsmittel (60) fördert,

wobei die Fördervorrichtung (80) einen im rückwärtigen Teil des Scheinwerfergehäuses (20) angeordneten Ventilator (80) umfasst, der entgegen einer Lichtabstrahlrichtung (5) unterhalb der Lichtquelle (40) Luft ansaugt, dessen Luftaustrittsrichtung (82) nach oben gerichtet ist und der die Luft vom Luftaustritt (82) zu der Wärmequelle (50) fördert,

– wobei das Trocknungsmittel (60) Feuchtigkeit aus der geförderten Luft zumindest adsorbiert, und

– wobei beim Betrieb des Scheinwerfers (10) die Wärmequelle (50) dem Trocknungsmittel (60) Feuchtigkeit entzieht.






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